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题目：Buck电路的设计与仿真

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题目：Buck电路的设计与仿真
1、Buck电路设计：
设计一降压变换器，输入电压为30V，输出电压10V，要求纹波电压为输出电压的0.5％，
负载电阻20欧姆，求工作频率分别为50kHz时所需的电感、电容。比较说明不同开关频率
下，无源器件的选择。
解：（1）工作频率为100kHz时，
A.主开关管可使用MOSFET，开关频率为100kHz；
B.输入30V，输出10V，可确定占空比Dc=33%；
C.根据如下公式选择电感

4(1)(10.33)2011.34102250000ccsDRLTH





这个值是电感电流连续与否的临界值，L>cL则电感电流连续，实际电感值可选为1.2
倍的临界电感，可选择为41.610H；
D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值

2008)1(scTULDUC
4210(10.33)181.6100.0051050000




=55.1510F

2、Buck电路仿真：
利用simpowersystems中的模块建立所设计降压变换器的仿真电路。输入电压为20V的
直流电压源，开关管选MOSFET模块(参数默认)，用Pulse Generator模块产生脉冲驱动开关
管。分别做两种开关频率下的仿真。
（一）开关频率为10Hz时；
(1)使用理论计算的占空比，记录直流电压波形，计算稳态直流电压值，计算稳态直流
纹波电压，并与理论公式比较，验证设计指标。
由第一步理论计算得占空比Dc=25%；
实验仿真模型如下所示（稳态直流电压值为4.299V）：

直流电压整体波形如下所示：
XXXXXX大学 计算机仿真作业四实验报告书 XXXXX

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细微波形如下所示：
计算稳态直流纹波电压：
利用Matlab菜单栏的“Desktop”中选中“Worksapce”，并将命名为buck的数据组打开，
并在“Variable Editor – buck.signals(1,4).values”下，观察直流电压瞬时值：
通过这些数值可以看出，输出的稳态直流电压最大值为4.308628V，最小值为
4.286866V，所以得到VUo021762.0。

005.0352.40021762.0
UoUo

仿真结果与理论值基本相同。
(2)画出电感电流波形，计算电流波动值并与理论公式对比。
电感电流波形如下所示：

计算电流波动值：
利用Matlab菜单栏的“Desktop”中选中“Worksapce”，并将命名为buck的数据组打开，
并在“Variable Editor – buck.signals(1,3).values”下，观察电感电流瞬时值：
通过这些数值可以看出，输出的电感电流最大值为0.8390A，最小值为0.0076A，所以

得到AiL8314.0。
理论计算如下所示：
ATDLUiSCL833.0100001)25.01(105.45)1(40

仿真结果与理论值基本相同。
(3)修改占空比，观察直流电压值的变化。

A．占空比Dc=20%时，直流电压的波形值如下所示，大小为3.418V；
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B．占空比Dc=50%时，直流电压的波形值如下所示，大小为9.589V；
C．占空比Dc=70%时，直流电压的波形值如下所示，大小为13.95V；
分析：
VV09.172.0418.3；VV178.195.0589.9；VV9286.197.095.13
.

随着占空比的增加，由公式CSODUU，可知输出电压值逐渐增加。
(4)将电感改为临界电感值的一半，运行仿真模型(只仿真开关频率10k时的情况，使用
理论计算的占空比)：记录电感电流波形，观察不连续电流的波形；记录直流电压波形，计
算稳态直流电压值，与理论公式对比，并与同一占空比下电流连续时的直流电压值进行比较；
计算稳态直流纹波电压，并与理论公式比较（需根据电流波形计算D2的大小）。
电感电流波形如下所示（电流出现断续）：

从上图中可以读到，512.510csDTs，524.510csDTs，sTS410 ，得
到10.25cD，20.45cD；
直流电压波形如下所示（稳态直流电压值为6.462V）：
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从上图中可以读到，0.065oUV；
在同一占空比下连续电流时，直流电压值为4.298V；由连续电流和断续电流下的电压
值相比较，可以看到连续电流下的直流电压值较小，断续时的直流电压值较大。
理论公式如下：

其中10.25cD，1875.0101010875.144SRTL，

4221121.875100.2580.251810100000.522ccscLDDRTD






；

1120.25206.670.250.5c
os

cc

D
UUVDD



可见实验测量值与理论计算值基本相近。
理论计算稳态直流纹波电压：

2
1442(1)5(10.25)10.06881.875104.171010000oc

os

UDUTVLC






可见与仿真中得到的0.065V相近。
（二）开关频率为50Hz时；
(1)使用理论计算的占空比，记录直流电压波形，计算稳态直流电压值，计算稳态直流
纹波电压，并与理论公式比较，验证设计指标。
由第一步理论计算得占空比Dc=25%；
实验记录稳态直流电压值为4.396V；
直流电压波形如下所示：

计算稳态直流纹波电压：
利用Matlab菜单栏的“Desktop”中选中“Worksapce”，并将命名为buck的数据组打开，
并在“Variable Editor – buck.signals(1,4).values”下，观察直流电压瞬时值：
通过这些数值可以看出，输出的稳态直流电压最大值为4.405408V，最小值为
4.383011V，所以得到VUo022397.0。
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00509.0396.4022397.0
UoUo
仿真结果与理论值基本相同。
(2)画出电感电流波形，计算电流波动值并与理论公式对比。
电感电流波形如下所示：

计算电流波动值：
利用Matlab菜单栏的“Desktop”中选中“Worksapce”，并将命名为buck的数据组打开，
并在“Variable Editor – buck.signals(1,3).values”下，观察电感电流瞬时值：
通过这些数值可以看出，输出的电感电流最大值为0.8723A，最小值为0.0100A，所以

得到AiL8623.0。
理论计算如下所示：
ATDLUiSCL8333.0500001)25.01(109.05)1(40

仿真结果与理论值基本相同。
(3)修改占空比，观察直流电压值的变化。

A．占空比Dc=20%时，直流电压的波形值如下所示，大小为3.456V；

B．占空比Dc=50%时，直流电压的波形值如下所示，大小为9.579V；
C．占空比Dc=70%时，直流电压的波形值如下所示，大小为13.68V；
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分析：
VV28.172.0456.3；VV158.195.0579.9；VV543.197.068.13
.

随着占空比的增加，由公式CSODUU，可知输出电压值逐渐增加。

2010.05.29

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buckboost和cuk电路仿真分析

buckboost和cuk电路仿真分析

Buck_Boost和Cuk电路仿真分析一、Buck_Boost电路仿真仿真电路图如下图所示：电路参数如下：Vs=5V，L=0.5mH，C=100μF，R=5Ω，f S=10kHz，D=0.8。

IGBT导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V on=0.1V，二极管导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V o n=1mV。

理论计算结果如下所示：仿真结果如下所示：对比理论与仿真结果可以看出，二者部分存在误差，但差距不大。

部分数据由于目测的原因，也存在一定的误差，但误差很小，此处不再考虑。

波形图如下所示，其中图1上半部分为I O，下半部分为V O，图二为I L，图三为I D，图4为V C。

图1图2图3图4二、Cuk电路仿真仿真电路图如下：电路参数如下：Vs=5V，L1=L2=0.5mH，C1=C2=100μF，R=5Ω，f S=10kHz，D=0.8。

IGBT导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V on=0.1V，二极管导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V o n=1mV。

理论计算结果如下所示：V OΔV OΔV C1I O I D（I L1）ΔI L1ΔI L2-20V0.1V 3.2V-4A16A0.8A0.8A 仿真结果如下所示：V OΔV O V C1ΔV C1I OΔI O I D（I L1）ΔI L1I L2ΔI L2 -19.5V0.1V24.5V 3.1V-3.92A0.02A16.4A0.8A-3.9A0.8A对比理论与仿真结果可以看出，二者部分存在误差，但差距不大。

部分数据由于目测的原因，也存在一定的误差，但误差很小，此处不再考虑。

波形图如下图所示：图1图2图3其中，图1为V C1，图2上半部分为I O，下半部分为V O，图3上半部分为I D（I L1），下半部分为I L2。

三、Buck_Boost和Cuk电路的对比1、从稳态比较（1）Cuk电路结构复杂，需要的元件较多，相应电路的分析与调节会复杂化，Buck_Boost电路结构简单，元件少，分析也较为简单。

华南理工大学电力电子Buck电路课程设计报告

华南理工大学电力电子Buck电路课程设计报告

课程设计说明书课程名称： 电力电子课程设计 设计题目： Buck 电路的建模与仿真 专 业： 电气工程及其自动化班 级： 11电气（4）班 学 号： 20113021**** 姓 名： 郑*东指导教师： 杨*明华南理工大学电力学院 二○一五 年 一 月1．题目Buck电路建模、仿真2．任务建立Buck电路的方程，编写算法程序，进行仿真，对仿真结果进行分析，合理选取电路中的各元件参数。

3．要求课程设计说明书采用A4纸打印，装订成本；内容包括建立方程、编写程序、仿真结果分析、生成曲线、电路参数分析、选定。

V1=60V±10%V2=36VI0=0 ~ 1Af=50kH Z目录1.参数估算 (4)2.电路动态模型 (4)2.1.电路微分方程 (4)2.2.电路响应分析 (5)3.Buck电路动态计算与分析 (6)3.1.Matlab编程与计算 (6)3.2.Buck电路响应分析 (8)4.电路参数的确定 (9)4.1.开关频率分析 (9)4.2.电感分析及选择 (10)4.3.电容分析及选择 (11)5.Simulink仿真 (14)5.1.模型搭建 (14)5.2.仿真结果及分析 (14)6.总结 (17)参考文献 (17)1. 参数估算已知buck 电路中12o 60V 10%36V 0~1A 50kHzV V I f =±⎧⎪=⎪⎨=⎪⎪=⎩ 以下，记电源电压为E ，输出电压为o U ，输出电流为o I 。

根据已知条件可推算部分参数。

假设L 无穷大，负载电流o I 维持不变。

V 处于通态时，二极管压降为E ，V 关断时，二极管压降为零，则二极管电压平均值为on on VT on off t tU E E E t t Tα===+on t 为V 处于通态的时间；off t 为V 处于断态的时间；T 为开关周期；α为导通占空比，简称占空比或导通比。

考虑到在VD 、L 、R 回路中，电感一个周期内电压平均值为零，所以输出电压平均值为o VT U U E α==根据能量传递关系，在一个周期内，忽略电路中的损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等，即2o on o EI t RI T =则o EI Rα=或oER I α=将参数代入，算得0.55~0.6736R α=⎧⎨≥Ω⎩2. 电路动态模型2.1. 电路微分方程以流经电感的电流L i 和电容上的电压C u 为状态变量，V 处于通态时，根据基尔霍夫定律建立如下一阶线性微分方程组L C C C L d d d ()d i L u E tu u R i C t ⎧+=⎪⎪⎨⎪=-⎪⎩化成标准形式L C C L Cd 1()d d 11d i E u t Lu i utC RC ⎧=-⎪⎪⎨⎪=-⎪⎩ 若消去状态变量L i ，以仅含C u 的二阶微分方程表示，有，C CCd d()d d u u C t R LE u t+=-即2C C C 2d d 11d d u u Eu t RC t LC LC++= (2-1) 式2-1为二阶非齐次线性方程，其解由通解和特解构成。

电力电子课程设计-BUCK电路闭环PID控制系统的MATLAB仿真

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电力电子课程设计-BUCK电路闭环PID控制系统的MATLAB仿真CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY课程设计说明书课程设计名称:电力电子题目:BUCK电路闭环PID控制系统的MATLAB仿真—15V/5V二级学院(直属学部): 电子信息与电气工程学院专业:电气工程及其自动化班级:07电单学生姓名: 学号:指导教师姓名: 职称:讲师2011 年 1 月电力电子课程设计任务书二级学院(直属学部):电子信息与电气工程学院专业:电气工程及其自动化班级:学生姓名指导教师韩霞职称讲师课题名称 BUCK电路闭环PID控制系统的MATLAB仿真-15V/5V1、根据设计要求计算滤波电感和滤波电容的参数值，设计PID补偿网络2、采用MATLAB中simulink中的simpowersystems模型库搭建闭环降压式变换器的仿真模型3、观察系统在额定负载以及突加、突卸80%额定负载时的输出电压和负载电课流的波形4、撰写课程设计说明书，要求包括:题一、封面二、目录工三、正文1、降压变换器的基本原理作2、BUCK变换器主电路参数设计2.1设计内容及要求内 2.2主电路设计(占空比、滤波电感、滤波电容的设计)3、BUCK变换器闭环PID控制的参数设计容 3.1主电路传函分析3.2补偿环节的设计4、BUCK变换器闭环系统的仿真4.1仿真参数及过程描述4.2仿真模型图及仿真结果5、总结(含心得体会)6、参考文献(不少于6篇)21、输入直流电压(V):15V IN2、输出电压(Vo):5V3、输出电流(I):10A N指标4、输出电压纹波峰-峰值 Vpp?50mV)5、锯齿波幅值Um=1.5V 目标6、开关频率(fs):100kHZ )要7、采样网络传函H(s)=0.3 求8、BUCK主电路二极管的通态压降V=0.5V，电感中的电阻压降V=0.1V,开DL关管导通压降V=0.5V,滤波电容C与电解电容R的乘积为75uΩ*F ONC第1天阅读课程设计指导书，熟悉设计要求和设计方法第2天根据设计原理计算相关主要元件参数以及完成PID系统的设计进第3天熟悉MATLAB仿真软件的使用，构建系统仿真模型程安第4天仿真调试，记录要求测量波形排第5天撰写课程设计说明书1、电力电子课程设计任务书本院编2、电力电子课程设计指导书本院编3、王创社，乐开端等，开关电源两种控制模式的分析与比较，电力电子技术，1998，3，78一81; 主4、徐辅东，电流型控制开关变换器的研究与优化，西南交通大学硕士论文，要2000年4月。

BuckBoost和Cuk电路仿真分析.docx

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Buck_Boost和Cuk电路仿真分析一、Buck_Boost电路仿真仿真电路图如下图所示：电路参数如下：Vs=5V，L=0.5mH，C=100μF，R=5Ω，f S=10kHz，D=0.8。

IGBT导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V on=0.1V，二极管导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V o n=1mV。

理论计算结果如下所示：仿真结果如下所示：对比理论与仿真结果可以看出，二者部分存在误差，但差距不大。

部分数据由于目测的原因，也存在一定的误差，但误差很小，此处不再考虑。

波形图如下所示，其中图1上半部分为I O，下半部分为V O，图二为I L，图三为I D，图4为V C。

图1图2图3图4二、Cuk电路仿真仿真电路图如下：电路参数如下：Vs=5V，L1=L2=0.5mH，C1=C2=100μF，R=5Ω，f S=10kHz，D=0.8。

IGBT导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V on=0.1V，二极管导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V o n=1mV。

理论计算结果如下所示：V OΔV OΔV C1I O I D（I L1）ΔI L1ΔI L2-20V0.1V 3.2V-4A16A0.8A0.8A 仿真结果如下所示：V OΔV O V C1ΔV C1I OΔI O I D（I L1）ΔI L1I L2ΔI L2 -19.5V0.1V24.5V 3.1V-3.92A0.02A16.4A0.8A-3.9A0.8A对比理论与仿真结果可以看出，二者部分存在误差，但差距不大。

部分数据由于目测的原因，也存在一定的误差，但误差很小，此处不再考虑。

波形图如下图所示：图1其中，图1为V C1，图2上半部分为I O ，下半部分为V O ，图3上半部分为I D （I L1），下半部分为I L2。

三、Buck_Boost 和Cuk 电路的对比1、从稳态比较（1）Cuk 电路结构复杂，需要的元件较多，相应电路的分析与调节会复杂化，Buck_Boost 电路结构简单，元件少，分析也较为简单。